Carla Hermann

Carla Hermann

Académica del Departamento de Física de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas - U. de Chile e investigadora del Instituto Milenio de Investigación en Óptica (MIRO).

Qué Pasa

Bienvenidos a la segunda revolución cuántica

Hoy estamos en medio de una segunda revolución cuántica que tiene como objetivo el poder controlar a voluntad las propiedades cuánticas de los sistemas para mejorar a niveles inimaginables las tecnologías actuales.


Toda revolución comienza al pensar lo impensable, al cuestionar lo aceptado, lo obvio, lo evidente. Décadas atrás no parecía posible que la mujer votara, que fuera a la universidad o que gobernara un país. Hace algunos años no había espacio para que gente con discapacidad tuviese un trabajo digno. Algunas revoluciones tienen que ver con el ámbito político y la integración de diferentes minorías, mientras que otras tienen que ver con la lucha por derechos humanos básicos como una jubilación digna o el acceso a salud y educación de calidad. Sea cuál sea la razón, una revolución siempre conlleva abrir la mente y aceptar que la realidad no sólo puede ser diferente, sino que mucho más rica que la que conocemos y entendemos.

La ciencia no ha sido ajena a las revoluciones. Por siglos pensábamos que la Tierra estaba en el centro del universo, hasta que alguien abrió su mente a una nueva idea que describía mucho mejor la realidad. Hasta hace poco más de un siglo la mecánica de Newton determinó la forma como entendíamos nuestro mundo, y si bien la teoría es correcta, hay fenómenos que escapan de ella. Surge así la teoría de la relatividad especial y general, llena de conceptos nuevos y extravagantes que desafían la intuición. Fue una revolución a gran parte de lo conocido hasta ese momento.

Un inimaginable cambio en nuestra historia comenzó con la siguiente pregunta: ¿qué es la luz? Parece una pregunta simple, pero es lejos de ser trivial. Tuvo de cabeza a científicos y filósofos (incluso teólogos) tratando de responderla por dos mil años, o mejor dicho, tratando de entender su naturaleza. La luz, ¿es una onda o es una partícula? Personajes de renombre como Demócrito, Descartes o Newton, pensaban que era un conjunto de pequeñas partículas, pero científicos como Huygens, Young, Fresnel y Maxwell demostraron que en realidad se trataba de un fenómeno ondulatorio.

Dicha idea se transformó en la verdad por varios años, hasta que llegó un punto en la historia donde una teoría ondulatoria no era capaz de explicar algunos experimentos, como el efecto fotoeléctrico o la radiación de un cuerpo negro. Nuevamente alguien tuvo que abrir su mente y preguntarse “¿qué tal si esto no es como lo hemos creído hasta ahora?”, et voila, comenzó una revolución.

Planck y Einstein ponen de nuevo en el tablero la posibilidad de que la luz sea una partícula, con lo que comienza a nacer la Mecánica Cuántica, una teoría que explica las leyes de la física a escalas tan pequeñas como la de un átomo. A dicha escala la física se pone muy extraña y contraintuitiva, por decir lo menos. Se descubre que la luz no es onda ni una partícula, sino que ambas al mismo tiempo. Se observa que dependiendo de la pregunta que hagamos (experimento), la luz sacará a relucir sus características ondulatorias (onda) o corpusculares (partícula).

Ambas posibilidad son reales y complementarias. Ambas son verdad. Sin embargo, esto va mucho más allá de la luz, pues esta dualidad abarca a toda la materia, incluida cada partícula que compone nuestro cuerpo y de todo el universo que conocemos. Todo tiene simultáneamente una naturaleza ondulatoria y corpuscular.

Pero los extraños fenómenos de la física cuántica no terminan ahí. La cuántica postula que la energía está cuantizada (está compuesta por pequeñas cantidades discretas, que más tarde se llamarían fotones). Muestra también que una partícula puede estar en una superposición de estados al mismo tiempo, es decir, una partícula puede estar en dos lugares al mismo tiempo o tener dos distintos niveles de energía… hasta que medimos. Es entonces cuando modificamos esa realidad y el sistema colapsa a uno de sus posibles valores. ¿A cuál? No se puede saber a priori, pues es un fenómeno probabilístico.

La Mecánica Cuántica tiene una naturaleza determinista (evolución) y probabilista (medición), y esto es complejo de entender. Tanto así que grandes científicos de la historia, incluido el mismo Einstein, quien irónicamente fue uno de los padres de esta, se oponían a sus extravagantes consecuencias. Famosa es su frase: “Dios no juega a los dados”. Entre muchas otras rarezas, la Mecánica Cuántica también postula que hay un límite en la precisión con la que podemos caracterizar ciertos parámetros (observar la realidad). Esto se conoce como el principio de incertidumbre y básicamente se resume en decir que no podemos tener una certeza absoluta de casi nada. Irónico ¿no?

Ahora bien, por muy contraintuitiva que sea la Mecánica Cuántica, su formulación abrió caminos para múltiples avances tecnológicos como son los transistores, con los que comenzó la revolución digital. Nos ha permitido mejorar la precisión de nuestros relojes haciendo posibles los sistemas de geolocalización (GPS), y es parte del fundamento de la operación de los láseres. Hoy estamos en medio de una segunda revolución cuántica que tiene como objetivo el poder controlar a voluntad las propiedades cuánticas de los sistemas para mejorar a niveles inimaginables las tecnologías actuales.

De esta nueva revolución dependen los avances en la computación cuántica, los cuales prometen resolver en minutos problemas que a un computador actual le tardarían años, o los avances en metrología cuántica de alta precisión, que buscan alcanzar resoluciones por debajo del límite cuántico estándar. Pero esto no es ciencia ficción, pues ya estamos viendo sus primeros frutos. Hoy se usan recursos cuánticos para mejorar la sensibilidad del detector de ondas gravitacionales, LIGO, y compañías como IBM, Google o Intel ya crearon los primeros computadores basados en la cuántica. Estos aún no compiten en velocidad y procesamiento con computadores normales, pero estos primeros grandes pasos ya iniciaron la carrera.

Y todo esto fue posible gracias a que ciertas personas se cuestionaron su percepción de la realidad, cuestionaron lo evidente, al igual como sucede hoy en la sociedad: ¿qué pasa si esto que pensamos es sólo una cara de una moneda o de un dado? ¿cuántas caras más tiene nuestra realidad, tan válidas y reales como la que vemos? ¿qué pasa si lo que entendemos por realidad no es completo? ¿existen más opciones de las que entiendo? Bienvenidos a la revolución.



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